SENB-Prüfkörper

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SENB-Prüfkörper

Die angelsächsische Abkürzung SENB steht für "Single-Edge-Notched Bend" und der SENB-Prüfkörper wird im Deutschen als Dreipunktbiegeprüfkörper (3PB-Prüfkörper) bezeichnet.

Inhaltsverzeichnis

Anforderungen an die Prüfkörpergeometrie

Bei der experimentellen Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte sind die folgenden grundsätzlichen Bedingungen einzuhalten:

  1. Die Prüfkörperabmessungen müssen unter den jeweiligen Prüfbedingungen wesentlich größer als die Ausdehnung der plastischen Zone an der Rissspitze sein.
  2. Die Kraft, die Kerbaufweitung und die Kraft-Kraftangriffspunkt-Verschiebung müssen kontinuierlich erfassbar sein.
  3. Für die Berechnung des Spannungsintensitätsfaktor K im Moment der instabilen Rissausbreitung muss die Belastung des Prüfkörpers und die kritische Risslänge exakt bestimmbar sein.
  4. Für die entsprechende Prüfkörpergeometrie muss die Bestimmungsgleichung, d. h. der Zusammenhang zwischen Beanspruchung und Risslänge bekannt sein.

Zur Erfüllung dieser Forderungen wurden eine Reihe von Festlegungen getroffen, die ausgehend von dem ASTM-Standard E 399 [1] in die bisher vorliegenden Standards Eingang gefunden haben.

Prüfkörperform

Datei:senb_1a.jpg
W Prüfkörperbreite
B Prüfkörperdicke
L Prüfkörperlänge
s Stützweite
N Kerbbreite
a Kerbtiefe
F Kraft (Last)
Bild: Schematische Darstellung des SENB-Prüfkörpers

Abmessungen (nach [1, 2]):
W = 2 B, Sonderform: W = B bis 4 B
s = 4 W \rightarrow s/W = 4, s = 40 mm
L = 4,5 W
a = (0,45–0,55) W
N \ge 1,5 mm bei U- und V-Kerb für Metalle

Typische Abmessungen für Kunststoffe (nach [3, 4]):
W = 10 mm
B = 4 mm (in Variation B = 2...10 mm)
L = 80 mm
s = 40 mm (in Variation s = 40...70 mm)
a = 2 mm (in Variation a = 0,5...7,5 mm)
N \ge 1,5 mm
l \ge 1,3 mm (Rasierklinge, Kerblänge)
r < \!\ 0,25 mm (Kerbradius)
r \approx 0,125 µm (Rasierklinge, Kerbradius)

Bestimmungsgleichung

K_I = \frac{F \cdot s}{B \cdot W^{3/2}} f(a/W)
f(a/W) \!\ für s/W = 4 \!\

Tada [5]:

f_1(a/W) = 2,9(a/W)^{1/2}-4,6(a/W)^{3/2}+21,8(a/W)^{5/2}-37,6(a/W)^{7/2}+38,7(a/W)^{9/2} \!\

Srawley und Gross [6]:

f_2(a/W) = \frac32(a/W)^{1/2} \cdot \frac{[1,99-a/W \cdot(1-a/W) \cdot (2,15-3,93a/W+2,7(a/W)^2)]}{(1+2a/W) \cdot (1-a/W)^{3/2}} \!\

für s/W = 4
f2(a/W) zeigt Übereinstimmung mit f1 im Bereich 0 < a/W < 0,6, dann niedrigere Werte

Geometriekriterium für Metalle:

B, a, (W-a) \geq 2,5 \bigg(\frac {K_I}{R_e}\bigg)^2

Geometriekriterium für Kunststoffe:

B, a, (W-a) \geq \beta \bigg(\frac {K}{\sigma_y}\bigg)^2

es gilt: Re = σy = Streckspannung (Streckgrenze)
Die Geometriekonstante β ist werkstoffabhängig. (siehe auch Geometriekriterium, Bruchzähigkeit)

Eine umfangreiche Zusammenstellung von geeigneten Prüfkörpern für bruchmechanische Untersuchungen an Kunststoffen und Verbundwerkstoffen ist in Bruchmechanikprüfkörper enthalten.


Literaturhinweise

[1] ASTM E 399 (2012, revised in October 2013): Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness KIc of Metallic Materials
[2] Blumenauer, H., Pusch, G.: Technische Bruchmechanik. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig Stuttgart (1993) 3. Auflage, (ISBN 3-342-00659-5; siehe AMK-Büchersammlung unter E 29-3)
[3] Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 251–254, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
[4] MPK-Prozedur MPK-IKBV (2016-08): Prüfung von Kunststoffen – Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch: Prozedur zur Ermittlung des Risswiderstandverhaltens aus dem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch
[5] Tada, H., Paris, P. C., Irwin, G.R.: The Stress Analysis of Cracks Handbook, 3th Ed., ASME Press, New York (2000)
[6] Srawley, J. E., Gross, B.: Stress Intensity Factors for Bend and Compact Specimens. Engineering Fracture Mechanics (1972) 587–589
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